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Ejecución de instrucciones




Enviado por Pablo Turmero



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    EJECUCIÓN DE INSTRUCCIONES La función básica
    que realiza un computador es la ejecución de un programa.
    Un programa consiste en un conjunto de instrucciones y datos
    almacenados en la unidad de memoria. La CPU es la encargada de
    ejecutar las instrucciones especificadas en el programa.

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    EJECUCIÓN DE INSTRUCCIONES(2) La secuencia de operaciones
    realizadas en la ejecución de una instrucción
    constituye lo que se denomina ciclo de instrucción. Lo
    más cómodo es considerar que el procesamiento del
    ciclo de instrucción consta de dos fases:
    a)      Fase de Búsqueda
    b)      Fase de Ejecución

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    EJECUCIÓN DE INSTRUCCIONES(3) La culminación de
    cada una de estas fases necesita de uno a seis ciclos de
    reloj.

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    Fase de Búsqueda: (1) Transferir el contenido del Contador
    de Programa (CP) al registro de Direcciones (RD). 1. 2. 3. 4.
    Pasar a registro de Memoria (RM) el dato almacenado en la
    dirección de memoria indicada por RD. Transferir el dato
    leído desde el RM al registro de instrucción (RI).
    Incrementar el valor del Contador de Programa para apuntar a la
    instrucción siguiente.

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    Esquema básico de un computador didáctico

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    PARTES DEL COMPUTADOR

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    Fase de Búsqueda: (2) Registro de Direcciones Registro de
    Instrucciones Registro de Memoria Registro Contador de Programa
    5º Decodificación …

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    Fase de Ejecución: (3) comprende el conjunto de
    operaciones elementales específicas de la
    instrucción en curso. 5. Decodificación de la
    Instrucción. Por ejemplo la Instrucción ADD. (la
    instrucción es cambiada por su código
    máquina correspondiente) 6. Transferencia del campo
    CD” de la instrucción en curso ( este campo
    contiene la dirección de memoria en la que se encuentra el
    operando, y que se encuentra en el registro RI desde que
    finalizó la fase de búsqueda), al registro RD. Se
    inicia, por tanto, un proceso similar al de la fase de
    búsqueda, pero en esta ocasión para buscar en
    memoria el operando de la instrucción.

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    …fase de ejecución: 7. Lanzar un ciclo de lectura de
    memoria que ponga en RM el operando almacenado en la
    dirección indicada por RD. 8. Transferencia del dato
    leído desde el RM al registro intermedio ,Ro2, del
    Operador. Paralelamente se puede transferir el otro operando
    desde el acumulador, AC, (contenido en él un instante
    anterior), al registro intermedio Ro1. Realizar la
    operación de SUMA (ADD) y almacenar el resultado en el AC.
    9.

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    modos de direccionamiento. Consiste en determinar la forma en la
    que se va ha leer o escribir un dato. Modos de direccionamiento
    INMEDIATO; el dato está en la propia instrucción (
    ejemplo: SUMA 7, 3), en el ejemplo los dos son datos, el
    resultado es 10. DIRECTO; en la instrucción está
    contenida la dirección de memoria donde se encuentra el
    dato (ejemplo: SUMA 7, 01) , 7 es un dato, 01 es una
    dirección de memoria donde se encuentra el dato. En la
    dirección de memoria 01 está contenido el dato, 3;
    el resultado es: [7 + (01=3)] = 10. Nota: no se pueden mezclar
    dos datos con direccionamiento directo, es decir:
    directo-directo.

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    modos de direccionamiento. RELATIVO A REGISTRO; aclarar primero
    que existen varios tipos de registros. Registro de
    instrucción RI Registro de memoria RM Registro de
    direcciones RD Contador de programa CP (Ejemplo: SUMA 3+CP, 1),
    en este caso el direccionamiento es relativo a registro Contador
    de Programa. 4 CP; 3+4=(dirección de memoria) 07. Si 1 en
    la instrucción es dato el resultado es: 4+1= 5. Como hemos
    observado, la dirección en la que se encuentra el dato se
    tiene que calcular. La dirección del puntero + el
    desplazamiento indicado en la propia instrucción Nos lleva
    al dato.

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    modos de direccionamiento. INDEXADO o direccionamiento a Registro
    Base. Un registro índice contiene una dirección de
    referencia que actúa como puntero: se emplea para recorrer
    estructuras de datos tipo vector o tabla. Su valor se modifica
    con frecuencia. INDIRECTO; la instrucción contiene una
    dirección de memoria que lleva a otra dirección de
    memoria en la que se encuentra el dato. (ejemplo: 04, 3), en 04
    se encuentra 06 y en 06 está el dato: 2. El resultado es
    2+3= 5.

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    Elementos principales de la Unidad de Control El CP es un
    registro que contiene la dirección de la siguiente
    instrucción que hay que ejecutar. El RI es un registro que
    contiene la instrucción que se está ejecutando en
    cada momento. El decodificador se encarga de examinar el
    código de operación de la instrucción que se
    encuentra en el registro de instrucción para determinar
    que es lo que hay que hacer. El secuenciador ordena que se
    realicen las operaciones necesarias para ejecutar la
    instrucción cuyo código de operación ha
    examinado el decodificador.

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    formatos de instrucción tienen varios formatos.
    Código de Operación Operando 1 dato Método
    de direccionamiento Campo de registro Tipo de registro
    Desplazamiento, dirección o dato Ejemplo: Relativo a R.
    base R.I. (registro de instrucción) Operando 2

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    Un programa suele estar dividido en dos partes o zonas; una zona
    para código y otra para datos. Como ya hemos estudiado,
    una instrucción puede contener el dato propiamente dicho o
    una dirección de memoria que nos lleve al dato. Instr. ? [
    etiqueta: ] Cod. Op. [ operandos ] [ ; comentario ] Ejemplo:
    GUARDAR: SUMA 7,3 ; esto es una suma Para poder trabajar con una
    CPU determinada, lo primero que debemos conocer es la longitud de
    palabra de sus registros. Una CPU de 32 bits dispone de los
    siguientes registros: Datos; D0, ………………………, D7.
    Direcciones; A0, ……………………., A6. Los anteriores
    son registros de acceso a memoria.

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    Otros registros son:  CP contador de programa, SR registro
    de estado, SP puntero de pila, ……………..

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    formatos de palabra. (+) (-) 01 02 03 04 05 Byte más
    significativo Byte menos significativo 8 bits byte (B) palabra
    (W) palabra larga (L) Si trabajamos con registros de 16 bits y
    deseamos mover datos con una longitud de palabra de 32 bits,
    tendremos que recurrir a posiciones de memoria contiguas:

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    Código de Operación: Código de
    Operación:   CÓD. OP. | para formato de 32
    bits: L | Sintaxis: [Cód. Op.].[L] | para formato de 16
    bits: W | | para formato de 8 bits: B |   Ejemplo:
    instrucción que permite realizar una suma: ADD.W D0, D1
      modificadores: algunos modificadores empleados en
    instrucciones son:   % binario $ hexadecimal #
    direccionamiento inmediato   Ejemplo: MOVE.B #10, D1

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    Representación de la información En la
    representación conceptual de una memoria se tiende a
    emplear notación hexadecimal, que es más
    fácil de leer y simplifica muchísimo la
    representación de la información. A pesar de todo,
    esta forma de escribir las órdenes de un computador
    resulta también algo engorroso para el programador, por lo
    que se emplean códigos nemotécnicos que ayudan a
    comprender el significado de cada combinación hexadecimal.
    El lenguaje máquina está íntimamente ligado
    a la construcción interna del computador. Los programas
    escritos en lenguaje máquina sólo son
    transportables a otras máquinas de idénticas
    características.

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    ejemplo de representación de la información
    representación de la información

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    representación de la información La
    representación en hexadecimal se hace con agrupaciones de
    4-bits. Los números en hexadecimal se escriben con el
    sufijo H (mayúscula o minúscula) para indicar el
    sistema de numeración. Ej: 6E8.58H   0110 1110 1000 .
    0101 1000 6 E 8 5 8   A29.C4H   1010 0010 1001 . 1100
    0100 A 2 9 C 4   Esta representación sólo
    sería válida para registros de 4-bits.

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    Hay que tener presente que en un sistema basado en
    microprocesador es habitual registros de 8, 16 y 32 bits. Por
    ejemplo: si el registro A de 8-bits contiene la siguiente
    secuencia, 1011 0011, se escribiría así; B3H. O una
    dirección de 16-bits sería como sigue: 0000 0100
    0001 1101, en hexadecimal 041DH. Ejemplos con
    nemotécnicos:   Instrucción MOVE.L D0, D1 Tipo
    de instrucción: transferencia entre registros.Carga el
    contenido del registro D0 en el registro D1. Ambos son de 32 bits
    por lo que supone el intercambio entre ellos de una palabra
    larga. Código: Binario Hexadecimal Nemotécnico
    Descripción 0010001000000000 2200 MOVE.L D0, D1 (D0) ?
    (D1)

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    Instrucción NOP   Tipo de instrucción:
    miscelánea. Su misión es no realizar ninguna
    operación. Su único efecto es provocar un
    pequeño retardo temporal ya que obliga a mantener
    funcionando el bucle de ejecución de instrucciones.  
    Código:   Binario Hexadecimal Nemotécnico
    Descripción 0100111001110001 4E71 NOP No
    operación

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    Para buscar la instrucción que se debe ejecutar a
    continuación, la unidad de control mantiene actualizado un
    registro de propósito especial o dedicado, el Contador de
    Programa, CP. El contador de programa es un registro de
    operación que siempre mantiene la dirección de la
    próxima instrucción a ejecutar.   Cuando el
    procesador es inicializado la unidad de control coloca el
    contador de programa a cero. La dirección contenida en el
    contador de programa se coloca en el bus de direcciones. Para
    ello, la unidad de control transfiere el contenido del CP al
    registro de dirección, RD. el Contador de Programa

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    Interconexión con los buses y la memoria. El dato se
    transfiere al procesador a través del bus de datos y el
    registro de instrucción, RI.

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    Interconexión con los buses: arquitectura de bus interno.
    La primera palabra de una instrucción es el código
    de operación para dicha instrucción. El
    código de operación indica a la unidad de control
    las operaciones requeridas para ejecutar la instrucción.
    Todos estos son registros internos, ubicados en el interior de la
    propia CPU.

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    Durante una operación normal, el procesador busca
    secuencialmente y ejecuta una instrucción tras otra, hasta
    que se procesa una instrucción (HALT) de paro. La
    búsqueda y ejecución de una instrucción
    constituye el ciclo de instrucción, que representa a su
    vez una o más operaciones de acceso a memoria o a
    dispositivos de E/S. Cada acceso a memoria requiere un ciclo
    máquina. Ciclo máquina.

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    Hay, por ejemplo, siete tipos diferentes de ciclo máquina
    en el 8085. búsqueda de Cod. Op. lectura de MEMORIA
    escritura a MEMORIA lectura de E/S escritura a E/S respuesta a
    interrupción bus inactivo.

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    Representación del ciclo máquina.

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    El repertorio de instrucciones Todo computador posee un
    repertorio de instrucciones que es capaz de ejecutar,
    constituyendo este, lo que se conoce como “lenguaje
    máquina del computador”. Estas instrucciones se
    encuentran codificadas de acuerdo a un formato específico
    del computador, y constituyen una opción más del
    diseño del mismo. En general, el algoritmo de
    solución de cualquier problema consiste en varios pasos
    que deben realizarse en una secuencia específica. Para
    implantar tal algoritmo en un computador, estos pasos se
    descomponen en pasos más pequeños, cada uno de los
    cuales representa una instrucción del computador. La
    secuencia de instrucciones resultante es un programa en lenguaje
    máquina, que representa al algoritmo en
    cuestión.

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    Cada instrucción máquina del computador se ejecuta
    realizando una secuencia de operaciones elementales más
    rudimentarias. A su vez, cada operación elemental requiere
    la activación de un conjunto de señales de control
    por parte del secuenciador de la Unidad de Control. La
    activación de dichas señales se efectúa a
    “golpe” de reloj.

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    ? Unidad de control   La misión fundamental de esta
    unidad se centra en recoger las instrucciones que componen un
    programa, interpretarlas y controlar su ejecución. Dado
    que las instrucciones se encuentran almacenadas en la unidad de
    memoria, deberá encargarse en primer lugar de recibirlas
    en el orden establecido. En segundo lugar, deberá
    identificar de qué instrucción se trata en cada
    caso. Por último, tendrá que generar la secuencia
    adecuada de órdenes para el resto de elementos que
    constituyen el computador, de manera que cada instrucción
    se ejecute correctamente.

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